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Produktentstehung
Digitaler
Zwilling
Digitale
Assistenzsysteme
Ökologische
Nachhaltigkeit

Im Projekt DiNaPro ist der Digitale Zwilling das zentrale Datenobjekt zur Verwaltung aller relevanten Daten für ein Nachhaltigkeitsmonitoring. Dabei werden Daten von Produkten über den gesamten Produktlebenszyklus erhoben, um eine ganzheitliche Betrachtung der Nachhaltigkeit zu ermöglichen. Mithilfe dieser Daten kann eine Ökobilanz in jeder Phase des Produktlebenszyklus durchgeführt werden und schafft eine transparente Berechnung des produktspezifischen CO2-Fußabdrucks. Die Integration von Nachhaltigkeitsanforderungen erfolgt bereits im Digitalen Master in der Produktentwicklung und setzt somit die Grundlage für Bilanzierungen entlang des Produktlebenszyklus. Digitale Zwillinge werden in der Produktion sowie in der Nutzung und des EOL (End Of Life) gebildet, sodass ein integraler Ansatz verfolgt werden kann. Durch die Rückführung von Daten aus den Instanzen der Digitalen Zwillinge kann neu-es Wissen für die nächste Produktgeneration aggregiert werden. Die Entwicklung des Datenmodells ist dabei eine der zentralen Aufgaben im Projekt. Die erwarteten Ergebnisse im Projekt DiNaPro sind:

  • Entwicklung des Datenmodells „Integraler Digitaler Zwilling“
  • Methodische Informationsrückführung und -integration

Digitale Assistenzsysteme bilden die Funktionsintegration für Methoden der nachhaltigen Produktentwicklung in die Entwicklungswerkzeuge. Diese Methoden tragen dazu bei, die Entscheidungsqualität an kritischen Punkten der Produktentstehung zu steigern. Relevante Informationen zur Auswirkung auf die ökologische Nachhaltigkeit sowie Vorschläge zu Minimierung des CO2-Fußabdrucks können durch die digitalen Assistenzsysteme bereitgestellt werden. Das Datenmodell des Digitalen Zwillings ist die Grundlage der Assistenzsysteme und ermöglicht somit ein datenbasiertes, individuelles Nachhaltigkeitscockpit in der Produktentstehung. Verschiedene Assistenzsysteme werden exemplarisch an diversen Produktentstehungsphasen methodisch entwickelt – sowohl in den Lernfabriken der TU Darmstadt als auch bei unseren Industriepartnern. Die erwarteten Ergebnisse im Projekt DiNaPro sind:

  • Anwenderfreundliches Nachhaltigkeitsmonitoring
  • Datenbasierte Entscheidungsunterstützung

Der CO2-Fußabdruck ist aktuell die wichtigste Kennzahl zur Bestimmung der ökologischen Umweltauswirkungen von Unternehmen, aber auch von einzelnen Produkten. Der produktspezifische CO2-Fußabdruck ist da-bei ein Teilergebnis der sogenannten Ökobilanz (DIN EN ISO 14040 bzw. 14044). Zur Durchführung der Ökobilanz ist es notwendig, alle Stoff- und Energieströme über den gesamten Lebenszyklus zu erfassen. Die Herausforderung besteht darin, alle notwendige Daten zur Verfügung zu haben, um eine Bilanzierung durchführen zu können. Gerade in der Produktentstehung sind diese Daten nicht ausreichend vorhanden und müssen prognostiziert werden. Zur Durchführung der Bilanzierung existieren eine Reihe von Methoden, Tools und Kennzahlen, die durch die unterschiedlichen Betrachtungsweisen verschiedene Ergebnisse der Ökobilanz liefern. Die erwarteten Ergebnisse im Projekt DiNaPro sind:

  • Gestaltungsrichtlinien zur Minimierung des CO2-Fußabdrucks von Produkten
  • Integration der Ökobilanz und des CO2-Fußabdrucks in der PE

Im Fokus des Projekts steht die Produktentstehung (PE). Die Phasen der PE im Produktlebenszyklus umfassen dabei die Produktplanung, Konstruktion und Produktion.

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Infos zu den Projektschwerpunkten


Allgemeines

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Projektbeschreibung

Zum 1. Juli 2021 startete am Fachgebiet Product Life Cycle Management (PLCM) – ehemalig Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) – unter Leitung von Herr Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl gemeinsam mit dem Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) das neue Forschungsprojekt “DiNaPro – Modellbasierte Digitalisierung nachhaltiger Produktionsnetzwerke entlang des Produktlebenszyklus”. Das Verbundprojekt wird dabei durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut und hat zum Ziel, mittels eines einheitlichen Datenmodells und Datenaustauschformats in Form einer integralen Digitale Zwilling-Technologie die ökologische Nachhaltigkeit im Produktentstehungsprozess zu optimieren. Über die nächsten drei Jahre werden dazu Assistenzsysteme zur Verbesserung der Entscheidungsqualität in verschiedenen Anwendungsfällen entwickelt und deren Nutzen für den Nachhaltigkeitsprozess erforscht.

Die Entwicklung des zentralen Datenobjekts steht im Fokus des Projekts. Die Anforderungen werden in DiNaPro anhand digitaler Anwendungsfälle aus verschiedenen Lebenszyklusphasen und Unternehmensebenen hergeleitet. Die Anwendung des einheitlichen Datenmodells und Datenaustauschformats soll damit möglichst vielseitig erfolgen und eine universelle Einsetzbarkeit garantieren. Hierfür wird das Datenobjekt von der Produktplanung und Konstruktion über die Produktion und Nutzung bis hin zur Verwertung mit Daten angereichert, die den Anwendern in Form von Assistenzsystemen unter anderem für Produktdesign, Konstruktion, Wertstromdesign, Quality Monitoring, CO2-Monitoring sowie Betriebsoptimierung und Prozesssteuerung zur Verfügung stehen. Ein besonderer Fokus der Assistenzsysteme liegt hierbei auf der Steigerung der ökologischen und sozialen Nachhaltigkeit.

Bei den im Projekt beteiligten Anwendungspartnern werden insbesondere bedeutende wirtschaftliche Potentiale in den Bereichen Transparenzschaffung, Qualitätsüberwachung, energetischer Optimierung und einem nachhaltigen Wertstromdesign gesehen. Dabei handelt es sich um typische Anwendungsfälle, wie sie bei den meisten produzierenden Unternehmen zu finden sind. Durch die Nutzung der integralen Digitalen Zwilling-Technologie lassen sich eben diese im Projekt entwickelten Assistenzsysteme skalierbar und vor allem kostengünstig in die Industrie bringen.

Den vertonten Videoteaser zum Projekt finden Sie hier: DiNaPro Videoteaser auf Youtube

Projektziele

Die Entwicklung eines einheitlichen Datenmodells und Datenaustauschformats, in Form einer integralen Digitale Zwilling-Technologie zur Optimierung der ökologischen und sozialen Nachhaltigkeit der Produktion, ist das Ziel des Forschungsvorhabens DiNaPro – modellbasierte Digitalisierung nachhaltiger Produktionsnetzwerke entlang des Produktlebenszyklus. Die Anwendung soll möglichst vielseitig erfolgen und eine universelle Einsetzbarkeit garantieren. Das Datenmodell wird hierfür mit Daten aus allen Produktlebensphasen angereichert. Es steht Anwendern in Form von Assistenzsystemen, unter anderem für Konstruktion, Wertstromdesign und CO2-Monitoring, zur Verfügung. Diese Assistenzsysteme werden in Lernfabriken der TU Darmstadt und in Produktionsstätten der Industriepartner umgesetzt und validiert. Zusätzlich wird die entwickelte Digitale Zwilling-Technologie in die Plattformen der Digitalisierungspartner integriert und das Ergebnis wird ein industrietaugliches Datenmodell sein.

Die Projektziele können wie folgt zusammengefasst werden:


„Energieverbrauchsdaten sind bereits vorhanden, entscheidend ist es bei DiNaPro nun, einen Schritt weiter zu kommen und diese individuell zuordenbar zu machen.“

- Heidelberger Druckmaschinen AG

„Mit DiNaPro verfolgen wir einen ganzheitlichen Ansatz für eine ressourcenoptimierte Produktion. Wir ermöglichen Transparenz und gezielte Eingriffe im Sinne der Nachhaltigkeit und Umwelt.“

- GFT Integrated Systems GmbH

„Gerade die Entwicklung intuitiver Assistenzsysteme im SAP-Umfeld ist eine wichtige Aufgabe, da sich die Funktionalitäten des Climate 21-Programms bisher fast ausschließlich auf die Carbon Footprint Analytics beschränken.“

- DSC Software AG

Konsortium

PLCM
PTW
Heidelberger Druckmaschinen
DSC Software AG
etalytics
in GmbH
Munsch
Opel

Konsortialführer

Prof. Dr.-Ing. Benjamin Schleich
Product Life Cycle Management (PLCM)
L1 | 01 10
Otto-Berndt-Straße 2
64287 Darmstadt


Förderträger

BMBF



Dieses Forschungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Das Förderkennzeichen lautet 02J20E500. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

PTKA

Kontakt

Sven Winter M. Sc.

winter@plcm.tu-...
+49 6151 16-21843

L1|10 202
Jovanka-Bontschits-Straße 7
64287 Darmstadt

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